高层建筑桩箱筏基础设计理论与实践研究.pdf

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1、第一章 第二章第三章 第M章第五章 第八早 第七章第八章绪论高层建筑超长桩箱基础与地基的共同作用测试研究桩土共同作用及沉降分析高层建筑桩箱（筏）基础沉降计算的简易理论法高层建筑桩箱（筏）基础沉降机理分析带裙房高层建筑基础整体设计的研究高层建筑桩箱（筏）基础的变形控制设计理论结论与展望第一章绪论高屋建筑桩冬（筏）基础设计：通常是通过增加桩数来提高群桩的承载力使之能承担 建筑物的荷载；很少考虑需用多少根桩才能使建筑物的沉降控制在规 定的范围内。高层建筑植冬（粒）基础设计理论与实践研究同的是:1.最终能使设计人员可利用高层建筑与桩箱（筏）基础共同作用的设计理论进行优化设计。2.提出方法解决考虑需用多

2、少根桩才能使建筑物的沉降控制 在规定的范围内的问题。高层建筑桩箱（筏）基础高层建筑桩基础大部分为桩箱基础和桩筏 基础。由过增加桩数来提高群桩的承载力使之能承 担建筑物的荷载的设计方法称为强度设计方法。1.强度设计方法认为建筑物的荷载全部由桩 承担，桩间土的承载力是不考虑的。2.共同作用设计方法认为高层建筑物的荷载 是由桩和桩间土的承载力共同承担。强度设计方法群桩中单桩竖向承载力校核1.轴心竖向力作用下：Qk Jk+Gkrn2.偏心竖向力作用下：Qk Qik max 1，强度设计方法设计的高层建筑桩基础，国内最 高建筑物为上海88层金茂大厦，主楼高420.5m,地下3层,埋深19.2m,主楼底板

3、尺寸64 mX64m,厚4m,裙房底板面积14950 m2,厚0.5m。主楼采用 914.4X20的钢管桩，桩长65m,入土深度83m,共429根。裙房采用609.6X14的钢管桩，桩长33m,入土深度47m,共632根。正在建造的国内最高建筑物在上海,为121层上海中心大厦。主楼结构高580m,塔冠最高点达632 m,主楼底板为直径121 m,厚6m的圆形钢筋混凝土板，埋深31.4 m,局部埋深34.4m。采用直径为1m的钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩 长55.6 m,入土深度87m,共955根。也是用强度设计方法设计的高层建筑桩基础。第二章$1 卷能得卷篇需蠡尿 也泉蕤同作用o1)2)60711

4、。7E/L斗48XEIZ X 9 Z 9一X9Z9I9Q图2-1建筑透视图图2-2建筑剖面示意图图2-3公寓平面及量测元件布置2.地基反力及 椅明分担说明：常规设计的超长桩箱基础的桩间土从施工一开始就 分担上部荷载，这是高层建筑群桩基础的工作机理。1）桩间土在箱形基础混凝土一浇灌，就存在地基反力了。现场实测并未观察到群桩基础先承担上部荷载，而桩间土一点荷载也 未承担的情况，这是桩箱（筏）基础的工作机理。这是和带承台单桩 的试验结果不同的，带承台单桩的试验结果认为：上部荷载先由单桩 承担，承台下的土体的地基反力为零，当单桩荷载达到单桩极限承载 力时，单桩承担荷载保持不变，承台下的土体才开始承担上

5、部荷载。高层建筑变形控制设计理论应以群桩基础的工作机理来探讨。2）本例箱基底板分担11.1%的上部荷载。表a上海四幢高层结构封顶时实测桩间土分担上部荷载的比例工程 序号建筑物基础类型桩类型(桩数)桩间土荷载 分担比例()埋深(m)平面尺寸(m)几何尺寸(m)118-20层住宅桩箱钢筋混瀚土桩(183)12.01.728.3X17.30.4X0.4X7.5230层公寓桩箱钢筋混凝土桩(1比)11.04.528.0X21.50.5X0.5X54.6326层宾馆7.6桩筏61.45X38.7钢管桩（187）0.6096X0.012X52.326.0416层住宅桩箱钢筋混废土桩(2og)17.54.5

6、46.0X14.20.5X0.5X26.0511层会议中心桩筏钢筋混凝土桩(29)70.013.6556X31*180.0X16.75注：除工程序号5外均是常规设计方法。工程序号5是共同作用设计。工程序号5为英国伊丽莎白女皇二世会议中心，桩距为6.9-10.Oin（b）底板下排钢筋应力3.箫基底板稠笳 应力1）实测箱基底板钢筋应力远 小于钢筋的允许应力。底板上排钢筋应1处最大钢筋拉 应力 29.35MPa,底板下排钢筋（应5）处测得最 大钢筋拉应力为H.44Mpa。桩对准剪力墙布置的设计使箱 基底板厚度减薄至60cm是合理安 全可靠的。这种设计方法与同类的满堂式桩 设计方法比较，每幢公寓可节省

7、 约15万元投资。2）箱基底板钢筋应力随温度 变化的规律。钢筋应力并未按荷载的增加而 增加，而呈现正弦形规律的变化,最大底板钢筋拉应力往往在1-3月份出现，最小底板钢筋拉应力 往往在7-9月份出现。图28钢筋应力与时间的变化图MU 1 则 1JW 1400 1410图2-12钢筋应力计的频率与温度的关系图2-11上排钢筋处温度随时间的变化图3）底板钢筋应力呈现出正 弦形规律的变化，这是建 筑物整体结构温差应力的 结果。1986年10月1988年2月1989年7月1990年11月1992年4月1993年8月日期日期1986年10月 1988年2月 1989年7月 1990年11月1992年4月

8、1993年8月 日期4,桩冬基础底板豳筋应力 的机理分析1）桩箱基础的底板弯矩按局部弯曲计算;2）桩箱基础底板钢筋应力的机理分析：计算桩箱基础底板钢筋应力，计算单元是变化,实测表明，计算单元变化的结论是正确的。3）群桩刚度对箱形基础的底板钢筋应力分布是有影 响的。图213应1,应5及应9处的上下排钢筋应力随时间的变化(b)(d)图244高层建筑桩箱基础的箱基底板计算单元变化图图2-15箱基底板上下排钢筋应力沿口剖面的分布图5.娓长桩菊基础 的变形1）沉降很小（29.3mm,实测推算 的最终沉降为36.8mm。）；2）超长桩箱基础的整体横向倾 斜和纵向弯曲。整体横向倾斜：0.25%o（视作均匀下

9、沉）；纵向弯曲：-0.386%o-0.29%o（与纯箱基差不多）。87.1 3 5 7 9 11 88.1 3 5 7 寅日期)S(mm)2层 12层 20层 30层图2-16沉降随时间（层数）变化的关系日期1986年10月 1987年10月 1988年10月 1989年10月010203040501990年 10月20层完工30层完工建筑竣工实测推算最终沉降理论计算最终沉降-1理论值图217平均沉降随时间变化的理论值与实测值的比较第二章小结1.桩对准剪力墙的轴线布置的设计方法是合理可行的。2.常规设计的超长桩箱基础的桩间土从施工一开始就分 担上部荷载，这是高层建筑群桩基础的工作机理。3.在进

10、行高层建筑桩箱基础底板设计中，桩箱基础整体 弯矩可以不计，桩箱基础的底板弯矩按局部弯曲计算。4.高层建筑群桩基础对箱形基础的刚度是有影响的。超 长桩箱基础可视为绝对刚性的。5.由于高层建筑物的温差引起的箱基底板钢筋应力的变化不容忽视。第三章桩土共同作用及沉降分析1.弹 性理论法。这是以明特林（Mindlin）解为基础的一种桩基础沉 降计算方法。在具体应用中分为两类：位移解；应力解：盖特斯（Geddes）o 弹性理光法计算参数不易确定。2.简易 理论法。该法是由笔者在1989年提出的桩箱（筏）基础最终 沉降计算方法。土中应力用布西奈斯克解或明特林（Mindlin）解。简易理论法简单，能够手算，计

11、算参数易确定，计算结果不需用沉冷 计算经金余效修正。3.实体嫉基础法。这个方法是国内在1989年前规范推荐的方法，该法简单，方便，能够手算，计算结果需用沉降计算经验系数修正。沉降 计算经验系数改变后，这个方法仍在上海市地基基础设计规范（DGJ08-11-1999）中存在。此法不能计算沉冷与桩数的关系。土中应力用布 西奈斯克解。4,剪切住移施。这个方法国内很少用于实际。高层建筑桩箱（筏）基础的共同 作用的理论分析结果：1、适当减少桩数，建筑物的沉降增加很少（图 b）A，底板弯矩平缓增加（图c）A,且桩间土分担上部荷载的比例增加（图d）A。2、常规设计的桩箱（筏）基础的角桩，边桩，内 部桩反力之比

12、为3.59:2.71:1;极限设计（群桩的平均荷载等于单桩的极限承载力）的桩箱（筏）基础的角桩，边桩，内部 桩反力之比为L39:L20:1。3、常规设计的桩箱（筏）基础底板的钢筋应力均很小，在30Mpa以内（图28）,（表 b）o4、桩越长，建筑物的沉降就越小，但当长细比达到 某值时，减小沉降的作用就不明显了（图f）A。5、合理布置桩位，高层建筑桩箱基础采用轴线桩及 高层建筑桩筏基础采用柱对桩方案可大大减薄底板 厚度；桩布置外密内疏是为了充分利用内部桩的承 载力，桩布置外疏内密是为了减小底板的弯矩 图b桩间距与沉降的关系图612筏中最大弯矩与桩间距的关系图C筏中最大弯矩与桩间距的关系 图d桩分

13、担系数与桩间距S的关系5斐b实测的底:钢筋应力工程序号建筑物 埋深(m)基础类型 底板厚度(m)桩布置类型最大底板钢筋 拉应力(MPa)230层公寓4.5桩箱0.6轴线桩29.4(上排)11.4(下排)326层宾馆7.6桩筏2.3(1.0)满堂桩21.7416层住宅4.5桩箱0.68满堂桩15.0A(m)图f桩长L与沉降S的关系高层建筑桩箱(筏)基础与地基共同作用的理 论和实践研究表明：加大桩间距，减少桩数，充分利用桩间土的承 载力是可行的。由此建立共同作用设计方法。该设计方法的核心是认为高层建筑桩箱(筏)基 础能否正常安全工作，主要是：(1)让建筑物的实际沉降小于允许沉降；(2)让桩的承载力

14、与桩间土的承载力之和控制在一定 的范围内；(3)要求桩群中的基桩平均荷载不超过单桩的极限承 载力。下面例子说明桩间土的承载力是客观存在的：上海属软土地基，其地基承载力也有80kPa。高层建筑一般均有较大的埋深，实践证明：当地 下室埋深在5.5 m左右，不采用桩基础仍可造12层 高层建筑，沉降量仍在20cm以内。当建筑物的荷载等于挖去土重时,即处于所谓的自重应力阶段，建筑物仅有2 mm以内的绝对沉降量（图g）O图g卸载（深基坑开挖）与变形的关系另外，上海兰生大酒店，26层高层建筑，地下室埋深7.6m,总压力为3 6 0 kPa,而筏基 持力层承载力3 5 8 kPa之多，但是这幢建筑物却 设置了

15、 230根桩长为53m的609.6mmX 12mm 的超长钢管桩。此例可见，常规设计的高层建 筑桩箱（筏）基础把这么大的筏基持力层承载 力全部忽略了。常规设计没有考虑桩间土承载力这个宝贵的高层建筑桩箱（筏）基础的共同作用设计 方法是在高层建筑桩箱（筏）基础常规设计方 法和高层建筑桩箱（筏）基础与地基共同作用 时桩间土从施工一开始就分担上部荷载的事实 而发展起来的。如何充分利用 桩间 土的 承载力,减少桩数，合适布Jt桩距和长短是高 层建就桩箱（筏）基础共同作用设计 方法的主要内容。第四章高层建筑桩箱（筏）基础 沉降计算的简易理论法4-1.概述4-2.基本原理：通过对桩箱（筏）基础受力环境的比较

16、，分析它们的变形机理,给出两种桩箱（筏）基础沉降计算的分析模式：1）P W T的分析模式；2）P T的分析模式；P总荷载；T总抗剪力。P W TpS=Ss+Sp24AaczB图4.4 P W T情况P TP+G-Ts=s+ss p图46 P T情况T的计算:YL-T=。（。切次Q+的）九 i=l4-3.简易理论法的单桩分析1）短桩2）长桩0(kN)3）超长桩(UIUI)S6(kN)图4-17四联大厦56.3m试桩的Qf曲线的比较0(kN)0 500 1000 1500图4.12万里24.5m长的桩的Q-S曲线比较通过单桩的各种桩长的简易理论法分析与实测比较，可得如下结论：沉降计算的简易理论法可

17、以计算单桩的各种桩长的沉降。单桩的简易理论法可以给出理论的单桩刚度：kp=Q/S(4-18)10m以内的短桩，单桩的简易理论法计算沉降，在计算桩长范围 内土层的压缩量时采用沿桩长压力分布为矩形分布的假定，桩长范围内 土层的压缩量可以忽略；对于2030m的长桩，实测的。S曲线均在沿桩 长压力分布为三角形分布和沿桩长压力分布为矩形分布理论。S曲线之 间，说明2030m的长桩的沉降量，桩的压缩量开始占到一定的比例，因 此，不能忽略桩间土的压缩量。而45m以上的超长桩，在计算桩长范围 内土层的压缩量时宜采用沿桩长压力分布为三角形分布的假定，且超长 桩的沉降量主要是桩的压缩量。单桩的简易理论法给出荷载与

18、沉降(0S)的非线性关系，短桩 和长桩还给出理论的单桩极限承载力值。4-4,简易理论法的群桩分析1）在上海表447 计算由与实测沉降的比较序 a建筑物（幢数）基础类型平面尺寸G）班类型（桩数）几何尺寸沉降（cm）实测值本文计算值实测推算最终值120层住宅（3犍）桩箱钢筋混凝土桩（270）26.635.128.2X29.60.45X0.45X834.6220层住宅（3幢）班益钢筋混凝土帆（174）14.318.625X23.70.45X0.45X2418.2326层宾馆（1幢）班箱钢筋混凝土班（400）11.616.110.460 X 27.30.5X0.5X40.5420层住宅（7幢）桩丁 2

19、6X24钢筋混凝土班（174）0.45X0.45X24.512.018.018.6525层公寓（1幢）班爸钢管班（205）6.859.1643.8X32.140.609X0.011X507.206某高炉基础（1幢）班益钢管班（144）8.5010.636X36中0.904X0.013X60估10157某散粮筒仓（1幢）桩茂69.4X35.2钢筋混凝土班604）0.45X0.45X30.77.110.516.4序 建筑物（懂数）基础类型桩类型（桩数）沉降（cm）实测值本文 计苴值平面尺寸G）几何尺寸（in）实测推篁最终值812层住宅（3幢）加箱钢筋混凝土桩（T6）6.969.9&23.8X230

20、.4X0,4X1710.3912层住宅（2幢）桩箱钢筋混凝土桩（76）0.4X0.4X177.69.9623.8X2310.61018层住宅（1幢）粒箱钢筋混凝土桩（183）30.848.929.7X16.50.4XQ.4X7,51116层住宅(1)桩箱辆筋混凝土桩（183）31 744.523.1 X16.50.4X 0.4X7.51224层办公褛（111）祓箱钢管桩（187）5.807.0227X274)0.609 X0.011X52.77.031330层公富（1幢）桩箱钢筋混凝土粒（108）2.934.6328.0X21.50.5X0.5X54.63.68142B层宾馆（1憧）桩笛钢管班

21、（230）4.Q57.7261.45X38.7+0,6096X0.012X52.36.66152。层住宅（31）29.7X16.5一筋混凝土裙（垣3）0.4X0,4X7.54.Sjy.744.61630层办公楼（1幢）班箱钢管桩（237）3.804.505.7233.0X28.0*0.6096X0.012X50.11724层办公楼（1幢）桩箱钢筋混凝土桩014)0.5X0.5X32.513.722.754.0X34.017.01829层宾馆（1幢）桩箱钢筋混凝土桩（480）8.507.39138X16.80.5X0.5X44.19.651935层宾馆（1幢）桩箱钢筋混凝土桩（281）7.105

22、.3548.0X48.00.5X0.5X59.08.122037层宾馆（1懂）桩箱钢管桩（268）4.407.1048.0X48.0*0.6096X0.012X58.95.442119层住宅（4懂）桩箱钢筋混凝土班（192）6.20-8.408.6131.3X28.80.45X0.45X277.98-10.42220层公寓（1幢）桩箱钢管桩（132）3.407.4124.4X24.4*0.6096X0.012X324.742320层公寓（1幢）桩箱钢管桩（132）3.606.5424.6X24.6*0.6096X0.012X324.75表4/8温州地区12幢高层建筑沉降计算值与实测值的比较2)

23、在外地注：简易理论法预估最终沉降；实测沉降位竣工时的沉降。序号工程名称桩入土深 度(m)简易理论法(mm)实测沉降(mm)1瓯江大厦60.033.9628.02国际大酒店60.051.247.03五金大酒店30.048.233.14温富大厦55.038.228.05西湖锦园55.059.353.46一医病房大楼30.011.08.07检察院办公侦 查大楼60.045.225.18二院综合病房 大楼43.037.221.29乐昌大厦45.070.351.210东方大厦50.040.726.011工商银行50.061.245.812世纪大厦70.035.64-5.不同应力计算方法对桩布（卷）基础沉

24、降计算的比较图2 S盘S实与桩长Lp的关系附加应力用布西奈斯克解计算，计算沉降最大；用明特林 解计算时，泊松比v大，计算沉降大。第四章小结1.高层建筑桩箱（筏）基础沉降计算的简易理论法可以计算各种桩长（7.5m-60m）的最终沉降；此法简单、方便，且可以手算；计算参数容易确定；计算结果均不需使用桩基沉降修正系数；考虑了桩间土分层的影响；能反映建筑物荷载与沉降的非线性关系；计算沉降量与实测推算值相当接近，并在外地获得成功。2.用简易理论法的基本原理可以进行单桩分析，能获得单桩的理论的单桩刚度；给出荷载与沉降（Q-S）的非线性关系；短桩和长桩还给出理论的单桩极限承载力值。3.高层建筑桩箱（筏）基础

25、沉降计算的简易理论法不管桩的长度为多少，用布西奈斯克解计算的沉降大，用明特林解计算的沉降较小；超长桩情况，明特林解计算的沉降值更接近于实测推算值，对于短桩和中长桩情况，布西奈斯克解计算的沉降更接近于实测推算值,且明特林解计算的沉降误差较大；高层建筑桩箱（筏）基础沉降计算用布西奈斯克解是可行的。第五章高层建筑桩箱（筏）基础沉降机理分析1.前言桩数变化必须满足下式:npi np P K pA(5-1)式中：pu桩的极限承载力；pb桩材料的强度极限荷载:%设计最少桩数。2.植先r筏j基础的沉降机理分析和优化设计1）高层建筑桩箱（筏）基础的荷载沉降曲线 2）高层建筑桩箱（筏）基础的桩数与沉降的关系A3

26、）高层建筑桩箱（筏）基础桩长与建筑物沉降的关裔4）下卧层压缩模量的影响5）箱（筏）基础宽度5对建筑物沉降的影响 A6）箱（筏）基础面积变化对建筑物沉降的影响 A7）桩径变化对建筑物沉降的影响 AS(mm)358-356-设计荷载3501_l_100 150 200 250 300 350图548m短桩的声S曲线(b)54.6m超长桩情况图5-2 54.6m超长桩的尸由曲线图53桩数与建筑物沉降的理论关系图54例42情况桩长与沉降的关系(日日)6上海规范允许沉降250”b=24图5-5例42情况的下卧层模量变化与沉降的关系 图57建筑物基础的平面面积变化对沉降的影响(a)桩径变化对单桩承载力的影

27、响0.2 0.3 0.4 0.5 0,6 h,)(b)桩径变化对建筑物沉降的影响(A)8m短方桩情况(B)52.3m超长圆桩情况图5-8建筑物桩基础的桩径变化对单桩承载力和建筑物沉降的影响3.实例分析例51某地某两幢办公大楼均为25层高层建筑，上部结构采用框架剪力墙结构。1#楼平面面积为：27mX24m,2#楼平面面积为：37mx21mo两幢大楼共用同 一个筏板基础，筏板基础平面面积为1692m2。采用桩筏基础，筏板厚2m,埋深 5m。桩选用0.45mX0.45mx28.0m预制钢筋混凝土方桩。1#楼桩数256根，2#楼 桩数248根。场地的地质资料见表5-3。桩基持力层为7-1层。道 路邻筑

28、 相建物相邻建龛物I，52-2(223.5)2#楼(298.0)(195.6)1-6 1-52-1(208.5)(295.4)(194.1)1-4(199.0)|1-3(179.6)1#2-3(3054)2-42-5表示倾斜方向一V7(294.8)1-8(280.1)(2371)道路相邻建筑物图5-9两幢办公大楼的共用桩筏基础平面图及各测点实测沉降值这两幢办公大楼1995年底结构封顶，至1999年1月5日沉降观测的最大沉降达305.4mm,最大沉降速率为0.177mm/天，最大倾斜为4.20%。在软土地区，高层 建筑桩筏基础一般来说沉降是小的，差异沉降也较小,通常系均匀下沉，一般不会有较大的倾

29、斜，但是，当 绝对沉降很大时，则差异沉降也将增加。因此在实际 设计中，合理的沉降计算方法和合理的计算模式及计 算参数的选用是至关重要的，它可以得到高层建筑的 安全建造，否则建造的高层建筑将会出现不符合规范 的结果，并形成长期不能完工和使用，造成很大的经 济损失。为此有必要对这两幢办公大楼进行沉降分析,以了解可能的不合理的原因。1）沉降计算沉降计算时，合适的桩筏基础平面面积选择的重要性;沉降计算时，合适的压缩模量选择的重要性。2）实测研究3）桩基础施工情况 4）设计建议表54 桩端持力层下各土层的压缩模量的选择土层层序71层7-2层81层82层9层补勘的建议(MPa)35.050.012.018

30、.0Es(MPa)15.1222.086.8512.2532.641)沉降计算表5-5 桩筏基础平面面积变化对建筑物沉降的影响桩筏基础 平面面积(m2)2#楼 8161#楼 87610721341整体 1692214526813217计算沉降(mm)266304372429480522553573a a200300400500600y|(m2)图5-10 桩筏基础平面面积与计算沉降的关系表5-6 两种计算方法及两种模量取值的最终沉降计算值计算方法压缩模量 取用整体基础 面积（1692m21#楼基础面积（876m2）2#楼 基础面积（816m2）简易理论法补勘的建议值315mm199mm173m

31、m480mm304mm266mm规范法（勘察院计算）补勘的建议值282.7mm最大实测值（最小实测值）1999年1月5日量测305mm(180mm)295mm(180mm)305mm(209mm)最大沉降速率（mm/天）1999年1月5日量测0.1170.0920.1172）实测研究日期1994年12月 1995年12月 1996年12月 1997年12月 1998年12月 1999年12月100200300400至下库钢桩 地车打板图5-11 1#楼的沉降与时间的关系H期1994年12月1995年12月1996年12月1997年12月1998年12月1999年12月0100200300400

32、结构到顶1#楼屋顶 水箱水滴,20楼地下室浇0.8屋的碎悒42*楼屋顶I 水箱水滴外装饰2-2下库钢桩 Jgl地车打板 底至2#楼开始 两次装饰2-52-3图5-12 2#楼的沉降与时间的关系3）桩基础施工情况本工程的桩采用预制钢筋混凝土方桩，桩断面为桩选用0.45mX0.45m，桩长为28.0m,系两节桩，采用焊接连接。设计桩尖进入7-1 土层。用 压桩法进行施工。压桩从1993年12月开始，到1994年6月完成504根的压桩任务，其中有14 1根桩未压到设计标高而被短0,5 m-1.5 mo1#楼截桩61根，占总桩数的23.8%；2#楼截桩80根，占总桩数的32.2%。截桩数的比例是缚大的

33、。从前面分析可知：桩长对建筑物的沉降是有较大影响的，这么 多的布桩将使建筑物的沉降增大。4）设计建议这两幢建筑物由于合用一个整体基础，建筑物的沉降将大增，但若 事先能知道基础面积增大会使建筑物的沉降增大，那就会采取合理的措 施使建筑物的沉降控制在规范规定的允许沉降以内，下面探讨这两幢建 筑物使其的沉降控制在规范规定的允许沉降以内的办法。600图543例5-1建筑物的桩长与沉降的关系曲线5-3本幸小结i.高层建筑桩箱（筏）基础沉降计算简易理论法可以分析高层建筑箱（筏）基础的总压力p和沉降s的关系，桩数与沉降的关系；桩长变化与建筑 物沉降的关系；下卧层压缩模量对沉降的影响；箱（筏）基础宽度5对建

34、筑物沉降的影响；建筑物平面面积对沉降的影响以及桩截面变化对沉降的 影响。2.通过对这些影响因素的分析研究，对高层建筑桩箱（筏）基础的工作 机理有了深入的了解，可以自由地进行最优设计，使高层建筑桩箱（筏）基础的基础设计做到既合理安全又经济，达到优化设计的同的。3.通过一实例分析可知，两幢建筑物合用一整体基础，应以整体基础 的平面面积计算沉降，桩端下土层的压缩模量应采用自重应力至自重应 力加附加应力对应的压缩模量。同时指出，太大的沉降量会使建筑物容易 倾斜。桩的长度对建筑物的沉降量影响明显，桩的压人应以桩尖标高 为准,不能用桩压不下去为理由不压到桩尖标高。魏鬻鬻基础第六章析计 分设 用体 作整究

35、同的研 共础测 的基实 础J的 基第计 基r设 地供 与#整 绻绻就 建建建 层层层,乐,痂菽 房房房 裙裙裙 带带带 72 6 6 6 661.带错房高层建筑与地基基础的共同作用分析图6-1带裙房高层建筑子结构的划分 图62主楼子结构向裙房子结构的凝聚再+4+人=。+品(6-1)式中：i1等效边界刚度矩阵;%基础的刚度矩阵；瓦j地基刚度矩阵；U基础位移向量；Q荷载向量；品 等效边界荷载向量;图63计算实例高层建筑平面图表64n-n剖面的理论计算与部分高层建筑的几何尺寸和变形的实测结果理论计算实测结果InnirvV郑州旅游 旅馆美国独特 壳体广场网筏板厚度/i（m）1.31.82.32.82.

36、31.02.52裙房悬挑长度L（m）16.016.016.016.004.06.1LJh12.38.97.05.704.02.4平均沉降（m）0.210.200.190.180.310.2530.125（筒体）差异沉降（m）0.150.120.100.080.070.0210.06相对弯曲e（左）2.341.881.561.251.090.290.85图66 LJ入与相对弯曲外的关系6-2带裙房高层建筑桩冬（筏J基础的 整体设计一共同作用方程为（K+匹+风/）。尸阿何尸廿（6-2）式中人整个上部结构（包括裙房）关于 基础顶面的等效边界刚度矩阵；金筏板基础的整体刚度矩阵；瓦sj 桩土结点的刚度矩

37、阵；Sb一整个上部结构关于基础顶面的等效荷载列向量;Ub相应的边界结点位移列向量；Pr一筏板基础本身所受的结点力列向量。B图6-7带裙房高层建筑子结构的划分 图68带裙房高层建筑基础平面图计算实例：高层建筑主楼均为20层，裙房为2层，主楼与裙房均为剪力墙结构，墙厚0.22m。主楼EFGH平面尺寸为48mX32m,左右两侧各带16m宽的裙房（见图6.8）,AEHD,FBCG平面为裙房平面，主楼和裙房的筏厚相同，均为2.3m。主楼布桩93根，裙房下布桩分别取80根、28根、0根三种情况。桩长均为30m,桩径为0.5m X0.5m,均系钢筋混凝土方桩，桩的弹性模量为2.6 X104MPao筏板弹性模

38、量r=3 XKHMPa,泊桑比Vr=0.17。地基采用弹性半无限体地 基模型，模量 4=20MPa,1=0.35。表62带裙房高层建筑桩筏基础与地基的共同作用的计算算况无桩主楼有桩（93根桩）1（80根桩）2（28根桩）3（0根桩）平均沉降（m）0.350.0250.0280.030差异沉降（m）0.200.0410.0390.035相对弯曲（。）3.100.640.610.556-3带裙房高层建筑整体设计的实测研究高层建筑主楼与裙房同置于一个整体基础上的以下几种形式 的设计是有效的：(1)悬挑式；(2)主楼桩数多，裙房桩数少的布桩形式；(3)主楼底板厚，裙房底板薄；(4)主楼桩长些，裙房桩短

39、些。这些设计的目的是为了减少整体基础的差异沉降.表63 4幢高层建筑不同基础形式的实测值及部分建筑物的相对弯曲值序号名称筑度M)建高(II主楼裙房础式 基形底板 厚度 h(m)房挑度(m)裙悬长Lh相对 弯曲 Or(%0)层数高度(m)层数地 下1郑州旅游 旅馆60.051715.5811箱基1.04.04.00.292美国独特 壳体广场 大楼217.652418.214片筏2.526.12.420.853上海联谊105.230119.031桩箱1.67.04.384上海贸海 宾馆9294.52627.6/2桩筏2.3(1.0)14.1514.20.35注：括号内的数字为裙房底板厚度。序号4:

40、主楼采用2.3m厚的片筏基础再加200根，而两旁二层地下室采用1m厚的片筏基础加30根同样尺寸、同样入土深度的钢管桩。筏厚2.3m处的桩基础，每根桩承担6.25m2的上部荷载。筏厚1m处的桩基础，每根桩承担25m2的上部裙房荷载。从该建筑物基础的纵向弯曲和筏内钢筋应力的实测结果来说明此类桩基布置的合理性。主楼筏板厚2.3m;裙楼筏板厚LOm.图611钢筋应力计布置及钢筋应力变化4)带裙房高层建筑桩箱(筏)基础整体设计的计算参数的确定表65 上海桩基基床系数建议值86土层名称桩入土深度(m)fc(kN/m3)化长期(kN/m3)粉砂110800-900500-700灰色粉砂2201800-200

41、01400褐灰粘土44025301500-2000暗绿粉质粘土262000-26001600-2000草黄砂质粉土，粉质粘土夹粉细砂303300-45002000-3500草黄粉砂2409000-109005000-8000灰色粉砂，青灰粉细砂2 暗绿粉质粘土，506000-130004500-12000砂质粉土夹粉质粘土 灰粉质底土夹砂50-607000-170007000-12000186.050165,550111.65055.550 xz：VWr 3.3m图6-16世界金融大厦剖面图7000_SZZ-:12.900 工.3m-14.200E5）应用实例世界金融大厦总建筑面 积84413

42、m2（地上建筑面积 66779m2,地下建筑面积 17634 m2）,主楼 43层，总高度168.7m。上部结构为钢筋混凝土 核心筒加劲性组合柱，压型 钢板作为楼层的框筒结构。3层地下室呈五边形，开挖 深度为天然地面下15m。裙 房4层，高19.8m,与主楼单 面相接，呈贝壳扇形。结构 的剖面图和平面图分别见图 616和图647。图617世界金融大厦平面图在高低建筑物之间设置后浇带与不设置后浇带的工作 机理是有区别的.高低建筑物之间不设置后浇带后，高低建筑物处于同 一个整体基础，主楼椅就向整体基础裙房下的米分犷散,使得基础面积增大，基底总压力减小，裙房基础下面的桩 的功能不是抗拔，而是抗压，裙

43、房基础是下沉的。且裙房 和主楼在整体基础的交界处的变形是连续的，它的受力状 态与主楼和裙房间设沉降缝为两个基础的受力状态是不同 的，使得整体基础的差异沉降和相对弯曲均有所改善。理论计算结果表明，带桩主楼和裙房处于一个整体基 础对高低建筑物的差异沉降是有好处的。在对配钢筋和桩的布置与数量进行调整后，对世界金 融大厦决定考虑不设置沉降缝的方案，并在施工过程中取 消后浇带。2000年6月精装修结束，在正式投入使用前夕,主楼的最大实测沉降为4 8.9mm,平均实测沉降为44.62mm;裙房的最大实测沉降为46.84mm,平均实测沉降为3 3.2 9 mm。其倾斜和相对弯曲均在0.10%。以内，筏板整体

44、基础在裙房和主楼的交界处未发现裂缝。应用带裙房的高层建筑与地基基础共同作用的理论 在该工程的设计实践中获得成功。因此，不设置后浇带的方案，不仅施工方便和缩短 工期，并且节省钢筋等材料，获得较大经济效益，与原 设计方案相比，仅仅材料费一项就节约人民币120万元。6-4本章小结i.对带裙房的高层建筑箱（筏）基础的整体设计作了理论和实测研究，指出裙房 建在冬r筏j底板的悬挑段是可行的，提出悬臂长度与底板厚度之合适比值；2.提出带裙房高层建筑桩箱（筏）基础整体设计的理论和建议，指出年裙房需 层建筑桩并（筏）基础整体设计采用裙房桩疏些，桩长度短些，底板 摩度簿些的设计方米可有效地减小整体基础的差异沉降和

45、相对弯曲。提出主楼和裙房整体基础的相对弯曲的允许值应控制在O.85%o以内；3.笔者提出的上海地区各种典型桩持力层的建筑竣工时和长期使用时的桩基基床 系数建议值，可供设计使用，并可粗略估算建筑物的沉降值；4.笔者提出的带裙房高层建筑桩箱（筏）基础整体设计研究成果在世界金融大厦 决定考虑不设置沉降缝的方案并在施工过程中取消后浇带的实践中，获得成功。与原 设计方案相比，仅仅材料费一项就节约人民币达120万元。第七章高层建筑桩箱（筏）基础 的变形控制设计理论7-1、概述7-2、高层建筑桩先（篌J基础的变形控制设计理论7-3、计算实例7-4、应用实例7-2、高层建筑桩布（筏J基础 的变形控制设计理论L

46、 PST情况（P和T的意义同第四章前）这种情况的高层建筑通常为超高层，桩通常为超长桩。常规设计建筑物的沉 降通常在50mm左右，使用变形控制设计理论，建筑物的允许沉降不宜太大。建 议允许沉降S为150mm,则建筑物的沉降S：S j二p常ip变式中：/为箱（筏）基础底土的承载力设计值，P,4，尸B，Ap，A 意义同前。式（7-6）森明城少桩教后，减少的桩基我力的 总和应小于等于桩间上可以承担的苻载。在建筑物层数、桩径和桩数不变的条件下，桩长的优化。对于桩长的优化，根据地质条件，首先用常规设计方法确定桩基持力层、桩径 和桩数。在尸ST条件下：打入桩的桩径不宜小于G500（方桩边长不宜小于450mm

47、）；钻孔灌注桩桩径不宜小于/700,并使桩的长细比小于100。2.P T情况（P和T的意义同前）这种荷载条件的高层建筑桩基础通常为短桩或长桩。层数相对要少些，使用变形设计控制理论，建筑物的允许沉降可以大一点，建议允许沉降为 25cm,即建筑物的沉降为：S25cm（7-6）在这种条件下同样可以进行建筑物加层的优化，减少桩数和缩短桩长的优化。筑物基础优化设计完成后，仍要进行桩与桩间土的整体基载力的校椽。2.应用实例2上海控江路北块旧区改造九州花园南北两幢高层原系24层高层住宅，采用 50X50cm2预制钢筋混凝土方桩，桩的有效长度为34m,总桩数184根，箱基埋深 4.2m,总压力375.5kPa

48、（包括箱基荷载），受甲方委托，对南、北两幢高层建筑加 层的可能性进行评估。甲方委托时北楼已造至两层，南楼基坑尚未开挖。图7-8九州花园高层建筑基础平面示意图（单位:m）表74 九州花园南、北楼高层住宅关于加层的计算最终沉降量总荷觐(kPa)375.5390.5405.5沉降 S(mm)南楼189215242北楼152166178现在，南、北高层住宅仅加一层，成为25层高层住宅。至1996年10月4 日已经基本建筑竣工（外墙装饰已至底层），北楼历时两年又两个月，南楼 历时两年，两幢大楼的实测沉降分别为86mm和82mm,均在预估的 录终沉降量166mm和215mm以内。实测证明，这两幢大楼通过高

49、层建 筑桩箱（筏）基础变形控制设计理论的预估，实现了加层，并获得成功。两 幢大楼加一层可得到超过1500m2的建筑面积，使业主可多创利约180万元。800020406080100120140160180EE)y(pluss400s2166 mm02680】13-0.0280.250.20.150.10.05 025层结构封项S3】57mm9层完400800，（d）l?00实测1200，(d)20002000240024000图7-10北楼沉降-时间-沉降速率曲线图3应用实例3上海四联大厦地上23层，地下一层，建筑物总高 度85m,总建筑物面积19422m2,上部结构为高层建筑 剪力墙结构，基础

50、采用桩箱基础，箱基面积733m2,箱基埋深4.4m,桩群均布置在剪力墙下，为轴线桩 布置，箱基底板厚60cm,剪力墙下设置高1.2m,宽 Llm的基础梁至上部结构。桩采用钻孔灌注桩，共 95根。地下水埋置深度为0.5m。钻扎灌注桩原设计 为桩长57.4m,桩直桎为0.85m。经过计算分析，与 设计院商量，改成桩长52.4m,桩直径0.80m,仅桩 基础一项的变化和修女，就为甲方节点投资60余万 元。下面介绍修改的依据。图741四联大厦箱基平面和桩位布置图7-12四联大厦桩长与沉降的关系图7-13四联大厦桩径与沉降的关系3.实施情况该大楼1996年7月16日基础施工结束，1997年1月29日结构